DE102006041279A1 - Particle e.g. solid particle, speed and size determining method, involves determining transit time of particle from temporal distance or double temporal distance and computing speed and size of particle from transit time - Google Patents

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Abstract

The method involves dividing a sensor signal into a high frequency portion and a low frequency portion, and determining the speed of a particle e.g. solid particle, from the high frequency portion of the sensor signal. The position of a main maximum and two auxiliary maxima are determined from the low frequency portion. The transit time of the particle is determined from the temporal distance of both auxiliary maxima or the double temporal distance of the main maximum and an auxiliary maximum by the measuring volume. The speed and the size of the particle are computed from the transit time.

Description

Anwendungsgebietfield of use

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Geschwindigkeit und der Größe eines Teilchens mittels einer für die Laser-Doppler-Velocimetrie geeigneten Anordnung. Eine Anordnunggilt hier als für die Laser-Doppler-Velocimetrie geeignet, wenn sie hinsichtlich der Erzeugung des Interferenzstreifenmusters und der Signalerfassung eine wesentliche Übereinstimmung mit einem Laser-Doppler-Velocimeter aufweist. Das Laser-Doppler-Velocimeters (LDV) und die dazu funktionsgleiche Anordnung werden nachfolgend abkürzend als LDV bezeichnet. Unter dem Begriff Teilchen sind sowohl Feststoffteilchen als auch Blasen und Tropfen zu verstehen, solange sie eine annähernd sphärische Gestalt haben. Das Verfahren ist insbesondere geeignet für in-situ Feldmessungen in Strömungen, Sprays und für Regenuntersuchungen.The The invention relates to a method for determining the speed and the size of a particle by means of a for the laser Doppler velocimetry suitable arrangement. An order is valid here as for The laser Doppler velocimetry is suitable when considering the Generation of interference fringe pattern and signal detection an essential match with a laser Doppler velocimeter. The laser Doppler velocimeter (LDV) and the functionally identical arrangement are hereafter abbreviated referred to as LDV. The term particles are both solid particles as well as to understand bubbles and drops as long as they have an approximately spherical shape to have. The method is particularly suitable for in-situ field measurements in currents, Sprays and for Rain investigations.

Stand der TechnikState of the art

Das LDV besteht aus einem Dauerstrich-Laser und einer Optik, die dafür sorgt, dass der Laserstrahl in zwei Strahlen mit gleicher Intensität aufgeteilt wird, diese sich an dem Messort kreuzen, wodurch hier ein Interferenzstreifenmuster, das so genannte Messvolumen gebildet wird und die beim Passieren von Tracer-Teilchen durch das Messvolumen entstehenden Streulichtwechsel von einem Fotosensor erfasst werden können. Die Frequenz der Intensitätswechsel, die durch die hellen und dunklen Streifen im Interferenzstreifenmuster hervorgerufen werden, multipliziert mit dem bekannten Streifenabstand, ergibt die Strömungsgeschwindigkeit der Teilchen. Dass das Laser-Doppler-Signal an sich auch für die Bestimmung der Teilchengröße verwendet werden kann, ist bisher nicht bekannt. Dafür werden entweder durch mindestens einen Fotosensor erweiterte LDV-Systeme (PDA) verwendet oder andere optische Messverfahren.The LDV consists of a CW laser and optics that that the laser beam is split into two beams of equal intensity will intersect at the measurement site, creating an interference fringe pattern, the so-called measuring volume is formed and that when passing stray light changes arising from tracer particles due to the measuring volume can be detected by a photosensor. The frequency of the intensity changes, through the light and dark stripes in the interference fringe pattern caused multiplied by the known fringe spacing results the flow velocity the particles. That the laser Doppler signal in itself for used the determination of the particle size can not be known yet. For this, either by at least a photo sensor uses advanced LDV systems (PDA) or others optical measuring methods.

Eine gute Beschreibung des Standes der Technik liefert [1], wonach die bekannten Verfahren zur Bestimmung der Teilchengröße in zwei Kategorien eingeteilt werden können: Integralverfahren, wie z.B. Beugungsspektrometer und Zählverfahren, wie z.B. die Phasen-Doppler-Messtechnik [2, 3].A A good description of the state of the art provides [1], according to which known methods for determining particle size in two Categories can be classified: Integral method, e.g. Diffraction spectrometer and counting method, such as. the phase Doppler measurement technique [2, 3].

Integralverfahren messen die gesamte Verteilung der Partikelgrößen, ordnen den Einzelteilchen jedoch keine konkreten Durchmesserwerte zu. Zählverfahren detektieren und messen einzelne Partikel, in der Regel bei gleichzeitiger Geschwindigkeitsmessung, so dass neben Verteilungsfunktionen der Teilchengröße auch Korrelationen zur Geschwindigkeit sowie integralen Strömungsgrößen vorgenommen werden können. Hier soll nur auf die Zählverfahren eingegangen werden, denn zu denen ist auch die erfindungsgemäße Lösung zu zählen.integral method measure the overall distribution of particle sizes, but arrange the individual particles no concrete diameter values too. Detect counting method and measure individual particles, usually with simultaneous speed measurement, so that besides particle size distribution functions as well Correlations to velocity as well as integral flow quantities are made can. Here only the counting procedures are discussed be, because to which is also the solution of the invention to count.

Das Phasen-Doppler-Anemometer (PDA) besteht im Grunde aus einem LDV mit mindestens einer zusätzlichen Empfangsoptik, um aus der Phasenverschiebung, der Signale zweier Empfänger auf die Krümmung und damit den Durchmesser der Teilchen schließen zu können. Der Nachteil besteht neben dem erhöhten technischen Aufwand darin, dass verschiedene Bedingungen für die Bestimmung der Partikelgröße vorausgesetzt werden. Das empfangene Streulicht darf nur von einer Streulichtordnung herrühren und es darf sich jeweils nur ein Partikel im Messvolumen aufhalten, weshalb das PDA-Verfahren ein räumlich sehr kleines Messvolumen voraussetzt. Außerdem ist die messbare Teilchengröße nach oben hin sehr begrenzt.The Phase Doppler Anemometer (PDA) basically consists of an LDV with at least one additional Receiving optics, from the phase shift, the signals of two receiver to the curvature and to be able to conclude the diameter of the particles. The disadvantage is next to the raised one technical effort in that different conditions for the determination the particle size provided become. The received scattered light may only come from a stray light order and only one particle may be in the measuring volume at a time, why the PDA method spatially requires very small measuring volume. In addition, the measurable particle size is after very limited at the top.

Ein weiteres optisches Verfahren zur Bestimmung der Geschwindigkeit von Tracer-Teilchen ist die Particle-Image-Velocimetrie (PIV) [4], die jedoch nicht zur Teilchengrößenbestimmung geeignet ist. Diese Messaufgabe kann mit dem Planar Interferometric Imaging (PII) gelöst werden, dass auch unter anderen Namen bekannt ist z.B. [5, 6]. Es nutzt die Interferenz zweier Streuordnungen der Lorenz-Mie-Streuung von kleinen Partikeln, um dadurch deren Größe zu bestimmen. Streulichtquelle ist ein in der Strömung aufgespannter Laserlichtschnitt. Eine CCD-Kamera wird außerhalb der Bildebene der Aufnahmeoptik positioniert, so dass die einzelnen Teilchen nicht im Fokus erscheinen. Es entsteht ein Interferenzstreifensystem im Raum. Der Umriss des Teilchens ist erkennbar und es kann die Anzahl der darin enthaltenen Interferenzstreifen als Maß für den Partikeldurchmesser ermittelt werden. Einige Nachteile dieses Verfahrens werden mit der Offenlegungsschrift [1] aufgehoben. Es bleiben aber die Nachteile, dass für eine zusätzliche Geschwindigkeitsmessung der Teilchen ein teurer gepulster Laser benötigt wird, der Messaufbau zu kompliziert ist für die Durchführung von Feldmessungen, der Messbereich auf relativ kleine Teilchendurchmesser beschränkt ist, die Handhabung spezielles Wissen verlangt und die Bildauswertung nur nachträglich durchgeführt werden kann.One Another optical method for determining the speed of tracer particles is the particle image velocimetry (PIV) [4], which is not for particle size determination suitable is. This measurement task can be done with the Planar Interferometric Imaging (PII) solved that is also known by other names, e.g. [5, 6]. It uses the interference of two scattering orders of Lorenz-Mie scattering of small particles, thereby determining their size. Scattered light source is one in the flow clamped laser light section. A CCD camera will be outside positioned the image plane of the recording optics, so that the individual particles not appear in focus. The result is an interference fringe system in the room. The outline of the particle is recognizable and it can be the Number of interference fringes contained therein as a measure of the particle diameter be determined. Some disadvantages of this procedure are with of published patent application [1]. But there are the disadvantages that for one additional Speed measurement of the particles a more expensive pulsed laser needed is, the measurement setup is too complicated for the implementation of Field measurements, the measuring range to relatively small particle diameter limited is, the handling requires special knowledge and image analysis only later carried out can be.

Aufgabenstellungtask

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Messverfahren zu entwickeln, mit dem es unter Verwendung einer für die Laser-Doppler-Velocimetrie (LDV) geeigneten Anordnung und unter Verzicht auf die bei einem PDA übliche Phasenmessung möglich ist, sowohl die Geschwindigkeit als auch die Größe von Teilchen zu bestimmen, die größer sind als der Messvolumendurchmesser des LDV, wobei die Erfindung insbesondere für in-situ Feldmessungen verwendbar sein soll.Of the Invention has the object to develop a measuring method using it for laser Doppler Velocimetry (LDV) suitable arrangement and waiving the usual in a PDA phase measurement is possible, to determine both the velocity and the size of particles which are bigger as the measuring volume diameter of the LDV, the invention in particular for in situ Field measurements should be usable.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.According to the invention, the object is achieved by a Method according to claim 1 solved.

Hinsichtlich der im Verfahren verwendeten Anordnung, die für die Laser-Doppler-Velocimetrie geeignet sein soll, gilt, dass der bei kommerziellen Geräten vorhandene Prozessor nicht zwingend benötigt wird, da für die weitere Auswertung die Rohsignale verwendet werden, die von dem Sensor erzeugt werden, der den zeitlichen Intensitätsverlauf des Streulichts erfasst. Die verwendete Anordnung ist bevorzugt in Rückwärtsstreuung aufgebaut.Regarding the arrangement used in the method suitable for laser Doppler velocimetry It should be said that the existing processor in commercial devices is not absolutely necessary is there for the further evaluation will be the raw signals used by the sensor are generated, the temporal intensity of the Scattered light detected. The arrangement used is preferably in backward scattering built up.

Ein Rohsignal besteht aus einem hochfrequenten Anteil, dem die Geschwindigkeitsinformation entnommen wird, und einem niederfrequenten Anteil dem sogenannten Gleichanteil oder Pedestal. Dieser niederfrequente Anteil weist innerhalb eines Signals, dessen zeitliche Länge der Dauer des Durchganges des Teilchens durch das Messvolumen entspricht, ganz bestimmte Charakteristika auf in Abhängigkeit von der Größe und vom Aggregatzustand. Prinzipiell kann mittels der Amplitude des niederfrequente Anteils zwischen Tracer-Teilchen, die die Strömung diskretisieren sollen (kleine Amplitude) und größeren Teilchen (große Amplitude) unterschieden werden. Die zeitliche Länge des niederfrequente Anteils ist allein nicht ausreichend zur Bestimmung des Durchmessers des Teilchens, da diese auf Grund der ellipsoiden Gestalt des Messvolumens auch davon abhängt, an welcher Stelle das Teilchen das Messvolumen passiert.One Raw signal consists of a high-frequency component, from which the speed information is taken is, and a low-frequency component of the so-called DC component or Pedestal. This low-frequency component points within one Signal whose time length the duration of the passage of the particle through the measuring volume corresponds to all certain characteristics depending on size and size Physical State. In principle, by means of the amplitude of the low-frequency Share between tracer particles that are supposed to discretize the flow (small amplitude) and larger particles (size Amplitude) can be distinguished. The temporal length of the low-frequency component alone is not sufficient to determine the diameter of the Particles, as these due to the ellipsoidal shape of the measuring volume also depends at which point the particle passes the measuring volume.

Im zeitlichen Verlauf des niederfrequenten Anteils des Signals sind 3 Maxima zu erwarten, zwei äußere Nebenmaxima rühren vom Durchgang der Phasengrenzflächen des Teilchens durch das Messvolumen her, das zwischen den Nebenmaxima gelegene Hauptmaximum rührt von der Reflexion der Laserstrahlen auf der den Laserstrahlen zugewandten Seite der Teilchenoberfläche her. Dieser Reflexionspunkt sollte in der Mitte des sphärischen Teilchens liegen, um eine genaue Zuordnung des mitteleren Peaks zur Lage des Teilchens relativ zum Messvolumen zu haben. Dieses Hauptmaximum kann bei sehr großen Teilchen im Vergleich zur Größe des Messvolumens in zwei Maxima zerfallen, wenn durch eine Vorverlagerung des den Strahlen zugewandten Abschnittes der Teilchenoberfläche die Reflexionspunkte der beiden Strahlen räumlich getrennt sind.in the Time course of the low-frequency component of the signal 3 maxima to expect, two outer secondary maxima stir from the passage of the phase interfaces of the particle through the measuring volume, that between the secondary maxima Main peak located from the reflection of the laser beams on the side facing the laser beams the particle surface ago. This reflection point should be in the middle of the spherical Particle to an exact assignment of the middle peak to have the position of the particle relative to the measuring volume. This Main maximum can be very large Particles compared to the size of the measuring volume fall into two maxima, if by a forward displacement of the Radiation facing portion of the particle surface the Reflection points of the two beams are spatially separated.

Generell werden die zeitlichen Abstände der Maxima oder ihre Dauer für die Ermittlung der Teilchengröße genutzt. Dabei kommt ein einfaches Messwerterfassungssystem zum Einsatz und eine Software, die wunschgemäß synchron zur Datenerfassung auch die Signalverarbeitung durchführt. Zu den Hauptkomponenten dieser Software gehören die Signalfilterung und – trennung, eine Schmitt-Trigger-Schaltung, eine Fast – Fourier-Transformation, eine Zeitmessung, einige logische Verknüpfungen und grafische Komponenten zur Darstellung der Messergebnisse.As a general rule become the time intervals the maxima or their duration for used the determination of the particle size. Here, a simple data acquisition system is used and a software that is synchronized as desired for data acquisition also performs the signal processing. To the Main components of this software include signal filtering and separation, a Schmitt trigger circuit, a fast Fourier transform, a time measurement, some logical links and graphical components for displaying the measurement results.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörigen Figuren zeigen:The Invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. The associated Figures show:

1: ein allgemein bekanntes Beispiel für ein unbearbeitetes Sensorsignal mit hochfrequentem Anteil und niederfrequentem Anteil, 1 : a well-known example of an unprocessed sensor signal with high-frequency component and low-frequency component,

2: ein Beispiel für den Verlauf des niederfrequenten Anteil des Sensorsignals beim Durchgang eines Tropfens durch das Messvolumen, 2 : an example of the course of the low-frequency component of the sensor signal when a drop passes through the measurement volume,

3: ein Beispiel für den Verlauf des hochfrequenten Anteils des Sensorsignals beim Durchgang eines Tropfens durch das Messvolumen, 3 : an example of the course of the high-frequency component of the sensor signal when a drop passes through the measurement volume,

4: eine schematische Darstellung des Laserstrahlenganges an der Vorderseite eines Tropfens (Reflexion) als Ursache für die hohe Amplitude des Hauptmaximums im mittleren Bereich des niederfrequentem Anteils des Sensorsignals, 4 : a schematic representation of the laser beam path at the front of a drop (reflection) as a cause for the high amplitude of the main maximum in the middle region of the low-frequency component of the sensor signal,

5: das Blockschaltbild für eine Ausführungsform der im erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Messwerterfassung und – verarbeitung im online-Modus, 5 FIG. 2 shows the block diagram for an embodiment of the measured value acquisition and processing in online mode used in the method according to the invention;

6: eine grafische Darstellung von Signalverläufen und Messergebnissen anhand eines Screenshots, 6 : a graphic representation of signal curves and measurement results based on a screenshot,

7: ein Beispiel für Histogramme der Geschwindigkeits- und Durchmesserverteilung. 7 : an example of histograms of velocity and diameter distribution.

Das Ausführungsbeispiel beschreibt die Messung der Geschwindigkeit und der Größe eines nahezu sphärischen Tropfens, dessen Durchmesser größer ist als der des Messvolumens. Analog können auch Blasen in Flüssigkeiten und Feststoffteilchen in Gasen oder Flüssigkeiten mit der erfindungsgemäßen Lösung vermessen werden, was bereits nachgewiesen wurde.The embodiment describes the measurement of the speed and size of a nearly spherical Drop whose diameter is larger as that of the measurement volume. Analog can also be bubbles in liquids and measure solid particles in gases or liquids with the solution according to the invention become what has already been proven.

Es werden zwei Laserstrahlen benötigt, die sich am Messort kreuzen und dort ein Interferenzstreifenmuster, das so genannte Messvolumen bilden. Durch dieses Messvolumen fällt der Tropfen und streut das Laserlicht während des Messvolumendurchganges mit zeitlich unterschiedlicher Intensität. Das Streulicht wird von einem Fotosensor empfangen und in ein elektrisches Signal umgewandelt. Das so entstehende Sensorsignal besteht aus einem hochfrequenten Anteil und einem niedrigfrequenten Anteil, dem so genannten Pedestal, das hier wie allgemein bekannt dargestellt ist. 1 zeigt einen idealisierten zeitlichen Verlauf des Sensorsignals für den Fall, dass das Teilchen kleiner ist als der Messvolumendurchmesser, aber größer als der Streifenabstand im Interferenzstreifenmuster.Two laser beams are needed, which intersect at the measuring location and form an interference fringe pattern, the so-called measuring volume. Due to this measuring volume, the droplet falls and scatters the laser light during the measuring volume passage with different time intensity. The scattered light is received by a photo sensor and converted into an electrical signal. The resulting sensor signal consists of a high-frequency component and a low-frequency component, the so-called pedestal, which here like all is shown in common. 1 shows an idealized time course of the sensor signal in the event that the particle is smaller than the measuring volume diameter, but larger than the fringe spacing in the interference fringe pattern.

Aus dem hochfrequenten Anteil des Sensorsignals wird, wie bei der LDV üblich, die Geschwindigkeit des Tropfens ermittelt. Der niedrigfrequenten Anteil des Sensorsignals besitzt aber bei Teilchen, die größer sind als der Messvolumendurchmesser, den in 2 dargestellten Verlauf. Links sind ein zwischen zwei Nebenmaxima gelegenes Hauptmaximum zu erkennen. Das erste Nebenmaximum entsteht durch das Eintreten und Durchqueren der in Fallrichtung vorderen Phasengrenzfläche zwischen dem dispersen Tropfen und dem umgebenden kontinuierlichen Medium. In diesem Bereich gibt es auch ein hochfrequentes Lasersignal, siehe 3. Dieses wird unterbrochen, wenn der Tropfen das Messvolumen umschlossen hat, und auch der Gleichanteil nimmt einen sehr kleinen Wert an. Ein Hauptmaximum mit mit starker Amplitude wird hervorgerufen, wenn die Mitte der den Laserstrahlen zugewandten Seite des Tropfens die Laserstrahlen erreicht und somit eine starke Reflexion entsteht, wie aus 4 ersichtlich ist. Das zweite Nebenmaximum und ein weiteres hochfrequentes Signal werden durch die hintere Phasengrenzfläche verursacht. In einigen Fällen treten nur ein Haupt- und ein Nebenmaximum auf, wie in 2 rechts gezeigt.From the high-frequency portion of the sensor signal, as in the LDV usual, the speed of the drop is determined. However, the low-frequency portion of the sensor signal has, for particles which are larger than the measuring volume diameter, the in 2 illustrated course. On the left are a main maximum located between two secondary maxima. The first secondary maximum is created by entering and traversing the forward phase interface between the disperse droplet and the surrounding continuous medium. In this area there is also a high frequency laser signal, see 3 , This is interrupted when the drop has enclosed the measuring volume, and the DC component also assumes a very small value. A major peak of high amplitude is produced when the center of the laser beam side of the droplet reaches the laser beams and thus produces strong reflection, such as 4 is apparent. The second sub-maximum and another high-frequency signal are caused by the rear phase interface. In some cases, only a major and a minor maximum occur, as in 2 shown on the right.

Für die Messwertübertragung vom Fotosensor und die Messwertverarbeitung werden neben einem minimal ausgestatteten PC mit internem oder externem A/D-Wandler keine weiteren Hardware-Komponenten benötigt. Der Programmflussplan für die Software des Ausführungsbeispiels ist in 5 dargestellt.In addition to a minimally equipped PC with internal or external A / D converter, no further hardware components are required for the measured value transmission from the photo sensor and the measured value processing. The program flowchart for the software of the embodiment is in 5 shown.

Das Programm besteht aus den drei Hauptgruppen:

  • a) Einlesen der Messwerte, was sowohl vom A/D-Wandler als auch aus dem PC-Speicher erfolgen kann. Hier erfolgt eine Trennung des Sensorsignals in den hochfrequenten und den niederfrequenten Signalanteil. Der hochfrequente Anteil wird, wie bekannt, für die Bestimmung der Tropfen-Geschwindigkeit genutzt. Der niederfrequente Anteil des Sensorsignals wird, wie nachfolgend beschrieben, ausgewertet und zusammen mit der Geschwindigkeitsinformation für die Durchmesserbestimmung des Tropfens verwendet.
  • b) Bei der Messwertverarbeitung wird zunächst mittels einer Schmitt-Trigger-Schaltung das aus der Reflexion resultierende Hauptmaximum des niederfrequenten Signalanteils gesucht und von dort aus eine Maske über den hochfrequenten Signalanteil gelegt. Nach Durchlaufen eines Filters wird mit Hilfe einer Fast Fourier-Transformation (FFT) die Geschwindigkeit des Tropfens berechnet, wobei die auszuwertenden Signale bestimmte Qualitätsmerkmale aufweisen müssen, um nicht verworfen zu werden. Gleichzeitig wird im niederfrequenten Anteil des Sensorsignals nach weiteren benachbarten Nebenmaxima gesucht, die einen bestimmten Amplitudenwert aufweisen müssen. Mit mindestens einem Nebenmaximum, das im erwarteten Bereich liegt, kann die Durchgangszeit des Tropfens durch das Messvolumen bestimmt und zusammen mit dem bereits ermittelten Geschwindigkeitswert der Tropfendurchmesser berechnet werden. Sind zwei benachbarte Nebenmaxima vorhanden, ergibt sich die Durchgangszeit aus dem zeitlichen Abstand dieser Nebenmaxima. Oft lässt sich nur ein benachbartes Nebenmaximum finden, dann wird der zeitliche Abstand zwischen diesem und dem Hauptmaximum ermittelt und dieser zeitliche Abstand verdoppelt, um die Durchgangszeit zu bestimmen.
  • c) Die Ergebnisdarstellung soll für den Anwender aussagekräftige Werte aufzeigen, wie z.B. in dem Screenshot in 6 das FFT-Ergebnis und die Signalverläufe des hochfrequenten und des niederfrequenten Signalanteils, die die Qualität der Signale wiedergeben, und die in 7 gezeigten Histogramme für Geschwindigkeit und Durchmesser.
The program consists of the three main groups:
  • a) Reading the measured values, which can be done by the A / D converter as well as the PC memory. Here, a separation of the sensor signal in the high-frequency and the low-frequency signal component takes place. The high-frequency component is used, as is known, for the determination of the drop speed. The low-frequency component of the sensor signal is evaluated as described below and used together with the velocity information for the diameter determination of the droplet.
  • b) In the measured value processing, the main maximum of the low-frequency signal component resulting from the reflection is first searched by means of a Schmitt trigger circuit, and from there a mask is placed over the high-frequency signal component. After passing through a filter, the speed of the drop is calculated by means of a Fast Fourier Transformation (FFT), whereby the signals to be evaluated must have certain quality features in order not to be discarded. At the same time, the low-frequency component of the sensor signal is searched for further adjacent secondary maxima, which must have a specific amplitude value. With at least one secondary maximum, which is within the expected range, the transit time of the droplet can be determined by the measuring volume and calculated together with the already determined speed value of the droplet diameter. If there are two adjacent secondary maxima, the transit time results from the time interval between these secondary maxima. Often only an adjacent secondary maximum can be found, then the time interval between this and the main maximum is determined and this time interval is doubled to determine the transit time.
  • c) The presentation of results should show meaningful values for the user, eg in the screenshot in 6 the FFT result and the waveforms of the high-frequency and low-frequency signal components which represent the quality of the signals, and those in 7 shown histograms for speed and diameter.

Referenzenreferences

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Claims (3)

Verfahren zur Bestimmung der Geschwindigkeit und der Größe eines Teilchens mittels einer für die Laser-Doppler-Velocimetrie geeigneten Anordnung, bei dem mittels eines Sensors der zeitliche Intensitätsverlauf des Streulichts erfasst wird, das von dem Teilchen während seines Durchgangs durch ein Messvolumen emittiert wird, welches von den das Teilchen beleuchtenden Laserstrahlen gebildet wird, und sodann a. das Sensorsignal in an sich bekannter Weise in einen hochfrequenten und einen niederfrequenten Anteil getrennt wird, b. aus dem hochfrequenten Anteil des Sensorsignals die Geschwindigkeit des Teilchens in an sich bekannter Weise ermittelt wird, c. in dem niederfrequenten Anteil des Sensorsignals die Lage eines Hauptmaximums und eines oder zweier dem Hauptmaximum benachbarter Nebenmaxima ermittelt wird, wobei das Hauptmaximum dadurch identifizierbar ist, dass es einen vorgegebenen Amplitudenwert überschreitet und dem Zeitpunkt zugeordnet ist, zu dem die Mitte des Teilchens die das Teilchen beleuchtenden Laserstrahlen passiert, und die ein oder zwei Nebenmaxima dadurch identifizierbar sind, dass sie einen vorgegebenen Amplitudenwert überschreiten und den Zeitpunkten zugeordnet sind, zu denen die Phasengrenzflächen des Teilchens die das Teilchen beleuchtenden Laserstrahlen passieren, d. aus dem zeitlichen Abstand der beiden Nebenmaxima oder dem doppelten zeitlichen Abstand von Hauptmaximum und einem Nebenmaximum die Durchgangszeit des Teilchens durch das Messvolumen bestimmt und aus dieser Durchgangszeit sowie der in Verfahrensschritt b) ermittelten Geschwindigkeit die Größe des Teilchens berechnet wird.Method for determining the velocity and the size of a particle by means of an arrangement suitable for laser Doppler velocimetry, in which the intensity of the scattered light emitted by the particle during its passage through a measuring volume which is emitted by the particle is detected by means of a sensor the laser beam illuminating the particle is formed, and then a. the sensor signal is separated in a conventional manner in a high-frequency and a low-frequency component, b. from the high-frequency component of the sensor signal the velocity of the particle is determined in a manner known per se, c. in the low-frequency component of the sensor signal, the position of a main maximum and one or two secondary maxima adjacent to the main maximum is determined, the main maximum being identifiable by exceeding a predetermined amplitude value and associated with the time at which the center of the particle illuminates the particle Laser beams pass, and the one or two secondary maxima are identifiable by exceeding a predetermined amplitude value and associated with the times at which the phase interfaces of the particle pass the laser beams illuminating the particle, d. the passage time of the particle through the measurement volume is determined from the time interval between the two secondary maxima or twice the time interval of the main maximum and a secondary maximum and the size of the particle is calculated from this transit time and the speed determined in method step b). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei sehr großen Teilchen im Vergleich zur Messvolumengröße, die so das Messvolumen durchqueren, dass auf dem den Strahlen zugewandten Abschnitt der Teilchenoberfläche zwei räumlich getrennte Reflexionspunkte entstehen, wodurch das Hauptmaximum zweigeteilt ist, die Mitte zwischen diesen beiden Maxima gesucht und für die Auswertung verwendet wird.Method according to claim 1, characterized in that that at very large Particles compared to the measured volume size, thus traversing the measuring volume, that on the beam-facing portion of the particle surface two spatially separated Reflection points arise, whereby the main maximum is divided into two parts is, the middle between these two maxima searched and for the evaluation is used. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Schmitt-Trigger-Schaltung das Hauptmaximum im niederfrequenten Anteil des Sensorsignals gesucht, von dort aus eine Maske über den hochfrequente Anteil des Sensorsignals gelegt wird und nach Durchlaufen eines Filters mit Hilfe einer Fast Fourier-Transformation die Geschwindigkeit des Teilchens berechnet wird.Method according to claim 1 or 2, characterized that by means of a Schmitt trigger circuit, the main maximum in Low-frequency component of the sensor signal sought, from there a Mask over the high-frequency component of the sensor signal is applied and after Traversing a filter using a Fast Fourier Transform the velocity of the particle is calculated.
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